专利名称：光刻机硅片对准信号的处理方法
技术领域：
本发明涉及一种光刻机硅片对准信号的处理方法。
技术背景套刻精度是光刻机关键指标之一，为了实现较高的套刻精度，需要精确建 立光刻机各坐标系之间的关系。离轴对准是照射在硅片标记上的偏振激光的反 射光再经由书t射后形成的衍射标记和硅片的参考标记之间的对准，由于硅片标 记附着在硅片或硅片台上，通过匀速移动工件台就可以形成对准标记与参考标 记之间的对准扫描，通过对同步采样的光强及数据进行信号处理可得到精确的 对准位置。中国专利200510030807.0公开了一种基于线形模型的实时信号处理方法， 其特点在于根据采样的时间间隔对最小二乘法的法方程里的系数矩阵进行逐步 求解，在采样完全结束后只需对法方程进行求解即可得到拟合参数，从而确定 对准位置。但在实际扫描过程产生的对准信号如图1所示，显然其并非线性， 模型的误差会直接导致对准误差过大。发明内容为了解决现有技术的光刻机硅片对准信号的处理过程中对准误差大的技术 问题，有必要提供一种对准误差大小的光刻机硅片对准信号的处理方法。硅片对准信号所采用的非线性模型；对该光刻机硅片进行对准扫描，获取位置 采样数据和光强采样数据；对该位置采样数据和光强采样数据进行实时累加处 理，获取累加系数；根据包含暗电流、正弦系数和余弦系数的线性模型确定该 非线性模型的非线性参数初值；根据该累加系数和非线性参数获取该非线性模 型的线性参数；根据该累加系数和该非线性模型的线性参数获取该非线性参数 的迭代增量；根据该迭代增量更新该非线性模型的非线性参数；判断该迭代增 量是否满足精度要求，从而确定该非线性模型的最终线性参数和最终非线性参 数。本发明的一种优选方案，在设定处理该光刻才几硅片对准信号所采用的非线性才莫型的步骤中，该非线性模型为a0 + ap十A + a":c" + (60 + ^;c +A + 6 jc")cos(fcc -其中，"。,^A"u，6。AA&。表示该非线性模型的线性参数，p表示该非线性模型的 非线性参数，n为自然数，k为系统设定值。本发明的一种优选方案，根据对该对准信号的预期选取n值，当n为l时， 该光刻积J圭片对准信号所采用的非线性:模型为本发明的一种优选方案，对该位置釆样数据和光强采样数据进行实时累加 处理的步骤中，根据实时累加公式z ，=I;s,，,=￡ < cosp(fee, )siw )"获取该累加系数，其中，o， p, q， r均表示指数，S表示累加和，N表示总采样数，i 表示釆样序号，i,表示第i次采样的位置采样数据，/,表示第i次采样的光强采样数据,k为常数。该累加系数为z 。。。。 、 z画、z画、z曙、z 。。 、 z薩、s2 2100 、 S 2010 、 Z 0200 、 Z 0020 、 Z 0110 、 Z ， 、 S 1110 、 Z 1020 、 2 2200 、 2 2110 、 Z Z 0001 、 S 1001 、 S 0101 、 Z 0011 、 S 1101 、 Z 1011 c本发明的一种优选方案，该包含暗电流、正弦系数和余弦系数的线性模型2000 、2020为<formula>formula see original document page 8</formula>其中，DC为暗电流，A为余弦系数，B为正弦 系数，X为位置采样数据，I为光强采样数据，k为系统设定值。根据最小二乘 法实时构建矩阵方程Ax=B中的信号矩阵A和B,其中，<formula>formula see original document page 8</formula>N为采样总数，a、 b、 c、 d、 e为矩阵A的元素，义、^、 7为矩阵B的元素。该 非线性模型的非线性参数初值p。 = atan2(B,力。本发明的一种优选方案，根据该累加系数和非线性参数获取该非线性模型 的线性参数的步骤中，根据最小二乘法构建矩阵方程Ry-D，其中，<formula>formula see original document page 8</formula>A为该非线性模型的线性参数，<formula>formula see original document page 8</formula>本发明的一种优选方案，根据该累加系数和该非线性才莫型的线性参数获取 该非线性参数的迭代增量的步骤中，根据高斯-牛顿迭代法，获取该非线性参数的迭代增量Ap，其中，<formula>formula see original document page 8</formula>本发明的一种优选方案，更新该非线性参数的步骤中，将该非线性参数的 迭代增量Ap与该非线性参数p相加。若该迭代增量Ap满足精度要求，则 "。,a,AA为该非线性模型的最终线性参数、p + Ap为该非线性模型的最终非线性 参数。若该迭代增量Ap不满足精度要求，则更新该非线性参数后，重新执行才艮 据该累加系数和非线性参数获取该非线性模型的线性的步骤、根据该累加系数 和该非线性^^莫型的线性参数获取该非线性参数的迭代增量的步骤、以及根据该 迭代增量更新该非线性模型的非线性参数的步骤。与现有技术相比，本发明的光刻机硅片对准信号的处理方法对光强采样数 据和位置采样数据进行实时处理，即在采样间隔对光强采样数据和位置采样数 据预处理，以提高效率。本发明光刻机硅片对准信号的处理方法并非对法方程 的系数矩阵直接逐步求解，而是求得该高阶非线性模型中不受该非线性参数p影 响的累力口系数。根据线性模型/(>) = ￡^ +^cos(Ax) + Bsin(fcc)，求出参数J,B,根据 % Han2(6,")确定该高阶非线性模型的非线性参数p的初值^，由于该线性模型 的法方程系数矩阵中的元素已在信号实时处理过程中产生，不须另行求解。根 据该初值进行迭代，本发明的光刻机硅片对准信号的处理方法可大大降低算法 的迭代次数。
图1是现有技术的光刻机在硅片标记对准扫描过程中光强随位置变化的示 意图。图2是采用本发明的光刻机珪片对准信号的处理方法的光刻机硅片对准系 统的示意图。图3是本发明的光刻机硅片对准信号的处理方法中的硅片衍射标记示意图。图5是本发明的光刻机硅片对准信号的处理方法中的硅片衍射标记相对于 参考标记的扫描示意图。图6是本发明的光刻机硅片对准信号的处理方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作 进一步的详细描述。请参阅图2、采用本发明的光刻机珪片对准信号的处理方法的光刻机硅片对 准系统的示意图。该光刻机硅片对准系统20包括工件台201，该工件台201可 在水平方向作自由往复运动；附着在该工件台201之上的基准版202与硅片203; 设置在该基准版202与硅片203上的对准标记204;用于提供对准照明的激光光 源205;用于将对准光信号转换成数字电信号的光强采样器207;用于确定该工 件台201位置的反射镜206与激光干涉仪209;用于控制该工件台201运动的伺 服控制系统211;用于进行位置采样并进行变换的位置采样器210;用于对位置 及光强采样数据进行信号处理的信号处理器208。请一并参阅3、图4、图5，其中，图3是本发明的光刻机硅片对准信号的 处理方法中的硅片衍射标记示意图，图4是本发明的光刻机硅片对准信号的处 理方法中的硅片参考标记示意图，图5是本发明的光刻机硅片对准信号的处理 方法中的硅片衍射标记相对于参考标记的扫描示意图。该光刻机硅片对准系统 20的硅片203对准扫描过程如下该激光光源205通过光学模块照射在该硅片 203的对准标记204上，照射在该对准标记204上的激光经反射后发生书f射，形 成如图3所示的衍射图像。该衍射图像在扫描参考标记过程中形成对准光强信号，由该光强采样器207进行光强数据采样，并将光强采样数据传输到该信号 处理器208。同时，该位置采样器210也在此过程中对该工件台201位置进行采 样并将位置采样数据传输到该信号处理器208。该光强采样器207与该位置采样 器210的采样触发都来自同步控制器，因而该光强采样器207与该位置采样器 210是严格同步的。该信号处理器208在收到光强采样数据和位置采样数据后即 可对采样数据进4亍实时处理并最终求出对准位置。根据该光强采样数据和位置釆样数据进行实时处理最终求出对准位置的方 法，即本发明的光刻机硅片对准信号的处理方法，该方法主要步骤如下设定处理该光刻机硅片对准信号所釆用的非线性模型；对该光刻机硅片进 行对准扫描，获取位置采样数据和光强采样数据；对该位置采样数据和光强采 样数据进行实时累加处理，获取累加系数；根据包含暗电流、正弦系数和余弦 系数的线性模型确定该非线性模型的非线性参数初值；根据该累加系数和非线 性参数获取该非线性模型的线性参数；根据该累加系数和该非线性模型的线性 参数获取该非线性参数的迭代增量；根据该迭代增量更新该非线性#莫型的非线 性参数；判断该迭代增量是否满足精度要求，从而确定该非线性模型的最终线 性参数和最终非线性参数。请参阅图6，图6是本发明的光刻机硅片对准信号的处理方法的流程图。下 面结合图6，详细说明本发明的光刻机硅片对准信号的处理方法的各个步骤。步骤60:设定处理光刻机硅片对准信号所采用的高阶非线性模型，本发明 所采用的高阶非线性才莫型为fl。+^jc+A +" 1"+(&。+^: +八+6 )cos(fcc-p)，其中， a。，fl，A AAA 6 表示该非线性模型的线性参数，p表示该非线性模型的非线性 参数，n为自然数，k为系统设定值。根据对该对准信号的预期选取合适的n值， 优选的，当选取"=1,该高级非线性模型为步骤61:对光刻4Mi片进行对准扫描，获取位置采样数据和光强釆样数据， 即进行光强数据采样，并将光强采样数据传输到该信号处理器208,同时，该位 置釆样器210也在此过程中对该工件台201位置进行釆样并将位置采样数据传 输到该信号处理器208。该光强采样器207对光强采样数据的采集和该位置采样 器210对位置釆样数据的采集同步进行。步骤62:该信号处理器208对位置采样数据和光强采样数据进行实时累加 (Real Time Add, RTA)处理以获取累加系数，该实时累加过程通过实时累加公式2啊=|>。萍,,|>,。0^^)8^^,)/〖完成，其中，o, p， q， r均表示指数，S表示累加和，N表示总采样数，i表示采样序号，x,.表示第i次采样的位置采样 数据，/,表示第i次采样的光强采样数据，k为常数。通过该实时累加公式求的累为口 -系^!为Z oooo 、 Z i加o 、 S oiOO 、 Z 0010 、 Z 1100 、 S 1010 、 Z 2000 、 Z 21O0 、 Z 2010 、 Z 0200 、 0020 、 Z 0110 、 Z 1200 、 Z 1110 、 Z 1020 、 Z 2200 、 Z 2110 、 S 2020 、 Z 0001 、 Z画、Z 0101 、z画、s國、z则。该累加系数不受该高阶非线性模型中的非线性参数^的影响。步骤62与步骤61同步进行，即每完成一次位置数据和光强数据采集，该 信号处理器208就根据该实时累加公式进行位置采样数据和光强采样数据的处 理。步骤63:判断对位置数据和光强数据是否为最后一组采样，若不是最后一 组采样，则继续对位置数据和光强数据进行采样，该信号处理器208根据该实 时累加公式继续进行位置采样数据和光强采样数据的处理，直到该位置数据和 光强数据是最后一组采样数据。若是最后一组采样，则进行步骤64。步骤64:根据包含暗电流、正弦系数和余弦系数的线性模型确定该高阶非 线性模型的非线性参数初值。在本发明中，该包含暗电流、正弦系数和余弦系数的线性模型为/(1) = /^ +^cos(fcc) + 5sin(虹)，其中，DC为暗电流，A为余弦系 数，B为正弦系数，x为位置采样数据，I为光强采样数据，k为系统设定值。 根据最小二乘法实时构建矩阵方程Ax-B，以求得A、 B、 DC，其中，6、f义、爿=c、、卜N为采样总数，a、 b、 c、 d、 e为矩阵A的元素，义、p、；;为矩阵B的元素。矩 阵A和B中的元素通过最小二乘法并根据步骤62中的累加数据获得。根据公式 % = a tan 20, J)即可获得该高阶非线性模型的非线性参数初值％ 。步骤65:根据该累加系数和非线性参数d)获取该高阶非线性模型的线性参 数。根据最小二乘法构建矩阵方程Ry-D,其中，6、、3c60;i、c 、、61>、Gfl。 ,A》。A为该非线性模型的线性参数，c = cos(A s = sin(p)，oiooooio,^ = 隱+^S ioio ， 矩阵R、 D中的7tj素通过最小二乘法并根据步骤62中的累加数据获得。步骤66:根据该累加系数和线性参数获取该非线性参数的迭代增量 ，其中，<formula>formula see original document page 14</formula>步骤67:将该非线性参数的迭代增量A^与该非线性参数伊相加，以更新该 非线性参数，即"p+卸。步骤68:判断该迭代增量卸是否满足精度要求，若否，则更新该非线性参 数^后，重新执行根据该累加系数和非线性参数获取该非线性模型的线性的步 骤、根据该累加系数和该非线性模型的线性参数获取该非线性参数的迭代增量 的步骤、以及根据该迭代增量更新该非线性模型的非线性参数的步骤，即重新 执行步骤65、步骤66、步骤67直到该迭代增量A^满足精度要求。若是，则进 行步骤69。步骤69:该高阶非线性模型的最终线性参数为a。,",AA,该高阶非线性模 型的最终非线性参数为P+A^。与现有技术相比，本发明的光刻机硅片对准信号的处理方法对光强采样数 据和位置采样数据进行实时处理，即在采样间隔对光强釆样数据和位置采样数 据预处理，以提高效率。本发明光刻机硅片对准信号的处理方法并非对法方程 的系数矩阵直接逐步求解，而是求得该高阶非线性模型中不受该非线性参数^影 响的累加系数。根据线性模型/(" = Z)C + 乂cos(foc) + 5sin(fcc),求出参数,根据 & = " tan2(6，")确定该高阶非线性模型的非线性#p的初值外，由于该线性模型的法方程系数矩阵中的元素已在信号实时处理过程中产生，不须另行求解。根 据该初值进行迭代，本发明的光刻机硅片对准信号的处理方法可大大降^^算法 的迭代次数。在不偏离本发明的精神和范围的情况下还可以构成许多有很大差别的实施 例。应当理解，除了如所附的权利要求所限定的，本发明不限于在说明书中所 述的具体实施例。
权利要求
1.一种光刻机硅片对准信号的处理方法，包括如下步骤设定处理该光刻机硅片对准信号所采用的非线性模型；对该光刻机硅片进行对准扫描，获取位置采样数据和光强采样数据；对该位置采样数据和光强采样数据进行实时累加处理，获取累加系数；根据包含暗电流、正弦系数和余弦系数的线性模型确定该非线性模型的非线性参数初值；根据该累加系数和非线性参数获取该非线性模型的线性参数；根据该累加系数和该非线性模型的线性参数获取该非线性参数的迭代增量；根据该迭代增量更新该非线性模型的非线性参数；判断该迭代增量是否满足精度要求，从而确定该非线性模型的最终线性参数和最终非线性参数。
2. 如权利要求1所述的光刻机硅片对准信号的处理方法，其特征在于设定 处理该光刻机硅片对准信号所采用的非线性模型的步骤中，该非线性模型为a。 + ax + A + a"x" + (Z>0 + 、jc + A + 6"x" )cos(fcc — p)其中，"。，^A"n,&。AA&n表示该非线性模型的线性参数，^表示该非线性模型的非线性参数，n为自然数，k为系统设定值。
3.如权利要求2所述的光刻机硅片对准信号的处理方法，其特征在于根据 对该对准信号的预期选取n值，当n为l时，该光刻才几硅片对准信号所采用的非线 性才莫型为
4.如权利要求1所述的光刻机硅片对准信号的处理方法，其特征在于对该 位置采样数据和光强采样数据的采集同步进行。
5. 如权利要求1所述的光刻机硅片对准信号的处理方法，其特征在于对该 位置采样数据和光强采样数据进行实时累加处理的步骤中，根据实时累加公式i;啊,iX肌,:fXcosP(Ax,)sin^,)"获取该累加系数，其中，o， p， q， r均表示指数，S表示累加和，N表示总采样数，i表示采样序号，x,表示第i次采样 的位置采样数据，/;表示第i次采样的光强采样数据，k为常数。
6. 如权利要求5所述的光刻机珪片对准信号的处理方法，其特征在于该累为口 数为Z 0000 、 S 1000 、 Z 0100 、 S 0010 、 X！ 1100 、 S 1010 、 Z 2000 、 Z 2100 、 Z 2010 、 Z 0200 、 Z 0020 、 Z 0110 、 S 1200 、 Z 1110 、 Z 1020 、 Z 2200 、 S 2110 、 Z 2020 、 ^ 0001 、 Z 1001 、 Z 0101 、 y' 0011 、 Z 1101 、 S 1011 °
7. 如权利要求1所述的光刻机硅片对准信号的处理方法，其特征在于该包 含暗电流、正弦系数和余弦系数的线性模型为/(;c) = "C +」cos(foc) + 5sin(yb:)，其中， DC为暗电流，A为余弦系数，B为正弦系数，x为位置采样数据，I为光强采样 数据，k为系统设定值。
8. 如权利要求7所述的光刻机硅片对准信号的处理方法，其特征在于根据 最小二乘法实时构建矩阵方程Ax-B中的信号矩阵A和B，其中，<formula>formula see original document page 3</formula>N为采样总数，a、 b、 c、 d、 e为矩阵A的元素，/1、 p、 ；/为矩阵B的元素。
9. 如权利要求8所述的光刻机硅片对准信号的处理方法，其特征在于该非 线性才莫型的非线性参数初值％ = fl tan 2(B, 。
10. 如权利要求9所述的光刻机硅片对准信号的处理方法，其特征在于根 据该累加系数和非线性参数获取该非线性模型的线性参数的步骤中，根据最小二乘法构建矩阵方程Ry=D，其中，<formula>formula see original document page 4</formula>fl。，a,，6。A为该非线性模型的线性参数，<formula>formula see original document page 4</formula>
11.如权利要求IO所述的光刻机硅片对准信号的处理方法，其特征在于根 据该累加系数和该非线性模型的线性参数获取该非线性参数的迭代增量的步骤 中，根据高斯-牛顿迭代法，获取该非线性参数的迭代增量A^其中，<formula>formula see original document page 4</formula>
12.如权利要求11所述的光刻机硅片对准信号的处理方法，其特征在于更 新该非线性参数的步骤中，将该非线性参数的迭代增量Ap与该非线性参数p相加。
13.如权利要求12所述的光刻机硅片对准信号的处理方法，其特征在于若 该迭代增量Ap满足精度要求，则fl。，^》。A为该非线性^^型的最终线性参数、Ap为该非线性模型的最终非线性参数。
14.如权利要求12所述的光刻机硅片对准信号的处理方法，其特征在于若该迭代增量 不满足精度要求，则更新该非线性参数后，重新执行根据该累加 系数和非线性参数获取该非线性模型的线性的步骤、根据该累加系数和该非线 性模型的线性参数获取该非线性参数的迭代增量的步骤、以及根据该迭代增量 更新该非线性模型的非线性参数的步骤。
全文摘要
本发明涉及一种光刻机硅片对准信号的处理方法，包括如下步骤设定处理该光刻机硅片对准信号所采用的非线性模型；对该光刻机硅片进行对准扫描，获取位置采样数据和光强采样数据；对该位置采样数据和光强采样数据进行实时累加处理，获取累加系数；根据包含暗电流、正弦系数和余弦系数的线性模型确定该非线性模型的非线性参数初值；根据该累加系数和非线性参数获取该非线性模型的线性参数；根据该累加系数和该非线性模型的线性参数获取该非线性参数的迭代增量；根据该迭代增量更新该非线性模型的非线性参数；判断该迭代增量是否满足精度要求，从而确定该非线性模型的最终线性参数和最终非线性参数。
文档编号G03F7/20GK101614963SQ20091005592
公开日2009年12月30日 申请日期2009年8月5日 优先权日2009年8月5日
发明者宋海军, 李运锋, 陈延太 申请人:上海微电子装备有限公司